Электронная паста - это общий термин для пастообразных или жидкие электронные материалы. Обычно наносится методом трафаретной печати, струйной печати, покрытие, тампопечать или 3D-печать. Паста наносится на такие подложки, как керамика, стекло, полимерные плёнки, кремниевые пластины или металлические основания. После спекания или отверждения она образует функциональные плёнки или узоры.
Паста широко используется в толстоплёночных схемах, многослойных керамических конденсаторах (MLCC), многослойных чипах-индукторах, фотоэлектрических элементах, корпусировании полупроводников, дисплеях и датчиках. Паста выполняет множество функций, таких как электропроводность, регулировка сопротивления, диэлектрическая, защитная и прозрачная проводимость.
На первый взгляд электронная паста выглядит как липкая масса. По сути, это многофазная композитная система. Она обычно состоит из функциональных порошков, связующих веществ и органических носителей.
В большинстве толстослойных паст эта система включает в себя функциональные порошки, стеклянные порошки и органические носители. Функциональные порошки определяют электрические характеристики. Стеклянные порошки обеспечивают структурную стабильность и адгезию. Органические носители обеспечивают технологическую гибкость. Эти три компонента играют различную роль, но взаимозависимы. Вместе они определяют конечные характеристики пасты.
В некоторых особых случаях стеклянные порошки могут отсутствовать. Вместо них в качестве структурных компонентов используются смолы или самоспекающиеся металлы.
Функциональный порошок – основа, определяющая функциональность
В электронных пастах функциональные порошки обеспечивают электрические свойства. Тип порошка напрямую определяет функцию пасты в устройстве. Он определяет, будет ли паста проводить ток, обладать сопротивлением, изолировать или пропускать свет при электропроводности.
- Проводящая паста: Металлы, такие как серебро (Ag), медь (Cu), никель (Ni) или медь с серебряным покрытием. Они образуют токопроводящие дорожки и служат электродами.
- Резистивная паста: Порошки оксидов, такие как оксид рутения (RuO₂) или оксид родия (RhO₂). Они обеспечивают контролируемое сопротивление.
- Диэлектрическая паста: Порошки, такие как титанат бария (BaTiO₃) или титанат бария-стронция (BST). Они обеспечивают изоляцию и накопление заряда.
- Прозрачная токопроводящая паста: ITO (оксид индия и олова), серебряные нанопровода или графен. Они обеспечивают электропроводность, сохраняя при этом светопропускание.
Стеклянный порошок – «Связующее» и «Структурный регулятор»
В составе пасты стеклянный порошок не является ключевым, но играет решающую роль. В процессе спекания он размягчается и течёт. В конечном итоге он затвердевает вместе с подложкой и порошками. Стеклянный порошок служит связующим и регулятором структуры.
Его основные роли включают в себя:
- Адгезия: Стекло размягчается при высокой температуре и связывает металлы или оксиды с керамическими, стеклянными или кремниевыми подложками. Без него электроды могут отслоиться.
- Уплотнение: Его поток заполняет пустоты между частицами. Это увеличивает плотность плёнки и улучшает электрическую стабильность.
- Согласование теплового расширения: Изменение состава стекла приближает его коэффициент расширения к коэффициенту расширения подложки. Это снижает напряжение и предотвращает появление трещин и деформаций.
Функциональные порошки определяют электрические свойства. Стеклянные порошки обеспечивают стабильность и долговечность этих свойств.
ПримечаниеПрозрачные токопроводящие пасты, используемые на стекле, ПЭТ или полиимидных подложках, часто содержат связующие полимеры, такие как эпоксидная смола, акрил или полиуретан. Они отверждаются при низкой или даже комнатной температуре без добавления стеклянного порошка.
Основные стеклянные системы в электронных пастах
| Тип стекла | Представительная система | Температура размягчения стекла (°C) | Химическая Стабильность | Коэффициент теплового расширения (10°C-1) | Преимущества | Недостатки |
| Свинцовое стекло | Pb0-Si0,、Pb0-B,0:-Si0.PbO-Zn0-B,0:-Si0,等 | 350-600 | Хорошая устойчивость | 70-120 | Высокое сопротивление, низкие диэлектрические потери, низкая температура размягчения и хорошая химическая стабильность. | Легко окисляющаяся керамика AIN представляет значительную опасность для человека и окружающей среды. |
| Висмутатное стекло | Bi,0;-B,0,-Si0₂、BizO:-B₂0:-BaOBi,0:-Zn0-Si0.Bi,0:-B,0:-Zn0.BizO:-Si0z-Sb,Os等 | 350-500 | Хорошая устойчивость | 90-150 | Оксиды с высоким содержанием висмута, подобно свинцовому стеклу, имеют низкую температуру размягчения и хорошую химическую стабильность. | Керамика AIN легко окисляется, имеет высокую стоимость, склонна к образованию осадков висмута и обладает плохой кислотостойкостью. |
| Боратное стекло | Ba0-B,0:-Si0?Ca0-B,0:-Si0,-Ba0.Si0,-B,0;-AlO;-RO 等 | 300-600 | Не очень стабильный | 90-150 | Низкая температура плавления может быть достигнута только путем добавления щелочных металлов, щелочноземельных металлов, стекла или ионов тяжелых металлов. | Они химически нестабильны, обычно имеют высокий коэффициент теплового расширения и склонны к фазовому разделению. |
| Цинковое стекло | Zn0-B,0;-Si0.Zn0-Ba0-B,0:Zn0-B,0:-Al0:-Si0,等 | 450-600 | Хорошая устойчивость | 60-90 | Они обладают стабильными химическими свойствами, низким коэффициентом теплового расширения, высокой прочностью сцепления и низкой температурой плавления. | Они также имеют плохую паяемость и плохие свойства флюсования при высоких температурах. |
Органический носитель – ключ к контролю процесса
Органический носитель представляет собой смесь растворителей (65–98% по массе), загустителей, тиксотропных агентов, поверхностно-активных веществ и модификаторов текучести. Он содержит, как минимум, органический растворитель и загуститель. К распространённым растворителям относятся ацетат диэтиленгликоля эфира, трибутилцитрат и дибутилфталат.
Хотя носители не влияют на электрические функции, они определяют технологичность. Они определяют реологию и начальную адгезию к подложкам.
В последнее время наблюдается тенденция к использованию экологически чистых носителей с низким содержанием остатков, слабым запахом. В некоторых продуктах даже используются коллоидные системы на водной основе или неорганические коллоидные системы для соответствия требованиям экологичного производства.
Заключение
Функциональные порошки придают электротехнической пасте электрические свойства. Стеклянные порошки сохраняют эти свойства в стабильной и долговечной форме. Органические носители обеспечивают технологичность в процессе производства. Все три компонента чётко разделены по функциям, но взаимозависимы. Вместе они образуют сбалансированную многофазную систему.